Scalable Design of Ru-Embedded Carbon Fabric Using Conventional Carbon Fiber Processing for Robust Electrocatalysts

过电位 催化作用 化学 电化学 化学工程 电催化剂 碳纤维 电极 纤维 纳米技术 复合材料 材料科学 复合数 有机化学 工程类 物理化学
作者
Seok‐Jin Kim,Ga-Hyeun Lee,Jung-Eun Lee,Javeed Mahmood,Gao‐Feng Han,In Hyung Baek,Changbeom Jeon,Mingsong Han,Hwakyung Jeong,Cafer T. Yavuz,Han Gi Chae,Jong‐Beom Baek
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00332
摘要

Metal–carbon composites are extensively utilized as electrochemical catalysts but face critical challenges in mass production and stability. We report a scalable manufacturing process for ruthenium surface-embedded fabric electrocatalysts (Ru-SFECs) via conventional fiber/fabric manufacturing. Ru-SFECs have excellent catalytic activity and stability toward the hydrogen evolution reaction, exhibiting a low overpotential of 11.9 mV at a current density of 10 mA cm–2 in an alkaline solution (1.0 M aq KOH solution) with only a slight overpotential increment (6.5%) after 10,000 cycles, whereas under identical conditions, that of commercial Pt/C increases 6-fold (from 1.3 to 7.8 mV). Using semipilot-scale equipment, a protocol is optimized for fabricating continuous self-supported electrocatalytic electrodes. Tailoring the fiber processing parameters (tension and temperature) can optimize the structural development, thereby achieving good catalytic performance and mechanical integrity. These findings underscore the significance of self-supporting catalysts, offering a general framework for stable, binder-free electrocatalytic electrode design.
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